一、實驗目的
1.會使用彈簧測力計測出力的大小和方向.
2.驗證互成角度的兩個力合成時的平行四邊形定則.
3.培養學生應用作圖法處理實驗資料和得出結論的能力。
二、實驗原理
1.等效法：如果兩個互成角度的共點力f1、f2的作用橡皮條的結點上與只用乙個力f′作用橡皮條的結點上所產生效果相同（橡皮條在相同方向上伸長相同長度），那麼f′就是f1和f2的合力。
作出力f′的圖示，如圖實－2－1所示.
2.平行四邊定則：根據平行四邊形定則作出力f1和f2的合力f的圖示.
3.驗證：比較f和f′的大小和方向是否相同，若在誤差允許的範圍內相同，則驗證了力的平行四邊形定則.
三、實驗器材
方木板、白紙、彈簧測力計(兩隻)、橡皮條、細繩套(兩個)、三角板、刻度尺、圖釘若干、細芯鉛筆.
四、實驗步驟
1．用圖釘把白紙釘在放於水平桌面的方木板上.
2．用圖釘把橡皮條的一端固定在a點，橡皮條的另一端拴上兩個細繩套.
3．用兩隻彈簧秤分別鉤住細繩套，互成角度地拉橡皮條，將結點拉到某一位置o，如圖標記，記錄兩彈簧秤的讀數，用鉛筆描下o點的位置及此時兩個細繩套的方向.
4．用鉛筆和刻度尺從結點o沿兩條細繩方向畫直線，按選定的標度作出這兩隻彈簧秤的讀數f1和f2的圖示，並以f1和f2為鄰邊用刻度尺和三角板作平行四邊形，過o點畫平行四邊形的對角線，此對角線即為合力f的圖示.
5．只用乙隻彈簧秤鉤住細繩套，把橡皮條的結點拉到同樣的位置o，記下彈簧秤的讀數f′和細繩的方向，用刻度尺從o點按選定的標度沿記錄的方向作出這只彈簧秤的拉力f′的圖示.
6．比較一下，力f′與用平行四邊形定則求出的合力f的大小和方向.
7．改變兩個力f1與f2的大小和夾角，重複實驗兩次.
五、資料處理與實驗結論
1．根據拉力f1、f2、f′的大小設定標度。
2．在白紙上按標度作出兩個彈簧測力計的拉力f1和f2的圖示.利用刻度尺和三角板根據平行四邊形定則求出合力f；按同樣的標度用刻度尺從o點起作出乙個彈簧測力計的拉力f′的圖示.
3．比較f′與利用平行四邊形定則求出的合力f，在實驗誤差允許範圍內是否相等
4．實驗結論：如果在實驗誤差允許範圍內每次表示f′與f的有向線段重合則驗證「力的平行四邊形定則」是正確的.
六、誤差分析
1.彈簧測力計本身的誤差.
2.讀數誤差和作圖誤差.
3.兩分力f1、f2間的夾角θ越大，用平行四邊形定則作圖得出的合力f的誤差δf也越大.
七、注意事項
1.實驗時，彈簧秤必須保持與木板平行，且拉力應沿軸線方向，以減小實驗誤差.測量前應首先檢查彈簧秤的零點是否準確,注意使用中不要超過其彈性限度,彈簧秤的讀數應估讀到其最小刻度的下一位.
彈簧秤的指標,拉桿都不要與刻度板和刻度板末端的限位卡發生摩擦.
2.在滿足合力不超過彈簧秤量程及橡皮條形變不超過其彈性限度的條件下,應使拉力盡量大一些,以減小誤差.
3.畫力的圖示時,應選定恰當的標度,盡量使圖畫得大一些,但也不要太大而畫出紙外,要嚴格按力的圖示要求和幾何作圖法作圖.
4.在同一次實驗中,橡皮條拉長的結點o位置一定要相同.
5.由作圖法得到的f和實驗測量得到的f′不可能完全符合,但在誤差允許範圍內可認為是f和f′符合即可.
效能訓練
1.下面列出的措施中，哪些是有利於改進本節實驗結果的( )
a.橡皮條彈性要好，拉到o點時拉力適當大些
b.兩個分力f1和f2間的夾角要盡量大些
c.拉橡皮條時，橡皮條、細繩和彈簧測力計平行貼近木板面
d.拉橡皮條的繩要細，而且要稍長一些
解析：拉力「適當」大些能減少誤差；而夾角「盡量」大些，則使作圖誤差變大；橡皮條等「貼近」木板，目的是使拉線水平；繩細稍長便於確定力的方向性.答案:acd
2.在「驗證力的平行四邊形定則」的實驗中，為了減小實驗誤差，應注意（ ）
a.描點、作圖時的鉛筆應尖一些，圖的比例適當大一些 b.拉橡皮條的細繩適當長一些
c.在用兩個彈簧測力計拉時，兩細繩間的夾角盡量大些
d.在用兩個彈簧測力計拉時，兩個彈簧測力計的示數適當大些
解析：作圖時比例大些，使彈簧測力計的示數大些，可以減小相對誤差.拉橡皮條的細繩長些，可使記錄繩方向的點與結點o的距離大些，減小連線時的誤差.
因此a、b、d選項所述都能起到減小相對誤差的作用.在實驗中，兩個分力f1、f2的夾角θ越大，用平行四邊形作圖時得出的合力f的誤差也越大，所以在實驗中不能把角θ取得太大. 答案：
abd3.在「互成角度的兩個力的合成」實驗中，橡皮條的一端固定在a點，另一端被兩個彈簧秤拉到o點，如圖甲所示.兩彈簧秤讀數分別為f1和f2，細繩方向分別與oa直線延長線的夾角為α1和α2，如圖乙所示.
以下說法中正確的是( )
點位置不變，合力不變
b.用平行四邊形定則求得的合力f一定沿oa直線方向
c.若不改變o和α1，f1增大，f2必減小
d.合力必大於f1或f2
答案:a
4.李明同學在做「互成角度的兩個力的合成」實驗時，利用座標紙記下了橡皮筋的結點位置o點以及兩隻彈簧秤拉力的大小，如圖（a)所示，
（1）試在圖(a)中作出無實驗誤差情況下f1和f2的合力圖示，並用f表示此力.
(2)有關此實驗，下列敘述正確的是________.
a.兩彈簧秤的拉力可以同時比橡皮筋的拉力大
b.橡皮筋的拉力是合力，兩彈簧秤的拉力是分力
c.兩次拉橡皮筋時，需將橡皮筋結點拉到同一位置o.這樣做的目的是保證兩次彈簧秤拉力的效果相同
d.若只增大某乙隻彈簧秤的拉力大小而要保證橡皮筋結點位置不變，只需調整乙隻彈簧秤拉力的大小即可
(3)圖(b)所示是李明和張華兩位同學在做以上實驗時得到的結果,其中哪乙個實驗比較符合實驗事實？（力f′是用乙隻彈簧秤拉時的圖示）
答(4)在以上比較符合實驗事實的一位同學中，造成誤差的主要原因是：（至少寫出兩種情況）
答答案：（1）
（2）ac （3）張華做的符合實驗事實
（4）1、f1的方向比真實方向偏左.2、f2的大小比真實值偏小且方向比真實方向偏左.3、作圖時兩條虛線不分別與f1線和f2線平行.
5.在「驗證力的平行四邊形定則」的實驗中某同學的實驗情況如圖甲所示，其中a為固定橡皮筋的圖釘，o為橡皮筋與細繩的結點，ob和oc為細繩.圖乙是在白紙上根據實驗結果畫出的圖.
（1）圖乙中的_______是力f1和f2的合力的理論值是力f1和f2的合力的實際測量值.
（2）在實驗中，如果將細繩也換成橡皮筋，那麼實驗結果是否會發生變化？
答選填「變」或「不變」）
解析：（1）f1和f2的合力從理論上講應該是f，因為它們的合力從效果上講就是使結點到達o點位置，而用乙個彈簧秤拉的效果也是使結點到達o點位置，所以f1和f2的合力方向從理論上應該與ao在同一直線上.但在實驗時f1和f2的大小和方向有誤差，所以f′是f1和f2的測量值.
（2）若將細繩換成橡皮筋，實驗結果不會發生變化，在實驗時只要每次把結點拉到o點位置，效果是一樣的.答案：（1）f f′（2）不變
6.如圖所示，在共點力合成的實驗中橡皮筋一端固定於p點，另一端連線兩個彈簧秤，使這端拉至o點，現使f2大小不變地沿順時針轉過某一角度，相應地使f1的大小及圖中β角發生變化.則相應的變化可能是( )
一定增大也可能減小
若增大，β角一定減小 若增大，β角可能增大
解析：o點位置不變說明f1,f2合力不變，以o點為圓心，以f2為半徑做圓：向量三角形關係，由圖可看出β角先增大後減小而f1一直增大.當f1與f2垂直時β角最大.
答案：ad
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